Poznati mnogima predmet pod nazivom "Elektrotehnika" u svom programu sadrži niz temeljnih zakona koji određuju načela fizičke interakcije magnetskog polja. Oni proširuju svoje djelovanje na različite elemente električnih uređaja, kao i na njihove sastavne strukture i okruženja. Fizika procesa koji se u njima odvijaju tiče se takvih osnovnih pojmova kao što su tokovi električne energije i polja. Zakon ukupne struje uspostavlja odnos između kretanja električnih naboja i magnetskog polja koje on stvara (točnije, njegovog intenziteta). Suvremena znanost tvrdi da se njegova primjena proteže na gotovo sva okruženja.
Sadržaj:
- Suština zakona
- Osnovni koncepti
- Pojednostavljeni integralni pristup
- Ukupni važeći zakon za vakuum
- Utjecaj okoliša
- Za referencu
Suština zakona
Razmatrani zakon, primjenjiv u magnetskim krugovima, određuje sljedeći kvantitativni odnos između njegovih sastavnica. Kruženje vektora magnetskog polja u zatvorenoj petlji proporcionalno je zbroju struja koje protiču kroz nju. Da biste razumjeli fizičko značenje zakona ukupne struje, morat ćete se upoznati s grafičkim prikazom procesa koje on opisuje.
Sa slike se može vidjeti da se oko dva vodiča kroz koje protiču struje I1 i I2 stvara polje ograničeno krugom L. Uvodi se kao mentalno zamišljena zatvorena figura u čiju ravninu prodiru vodiči s pokretnim nabojima. Jednostavnim riječima, ovaj zakon se može izraziti na sljedeći način. U prisutnosti nekoliko struja električne energije kroz zamišljenu površinu prekrivenu konturom L, unutar nje se stvara magnetsko polje zadane raspodjele intenziteta.
Za pozitivan smjer kretanja vektora, u skladu sa zakonom za konturu magnetskog kruga, odabire se kretanje u smjeru kazaljke na satu. Također se vizualizira.
Takva definicija vrtložnog polja koju stvaraju struje pretpostavlja da smjer svake od struja može biti proizvoljan.
Za referencu! Uvedenu strukturu polja i aparate koji je opisuju treba razlikovati od cirkulacije elektrostatičkog vektora "E", koji je uvijek zaobilaženje konture nula. Posljedica toga je da se takvo polje odnosi na potencijalne strukture. Kruženje vektora "B" magnetskog polja nikada nije nula. Zato se naziva "vrtlog".
Osnovni koncepti
U skladu sa zakonom koji se razmatra, sljedeći pojednostavljeni pristup koristi se za izračun magnetskih polja. Ukupna struja predstavljena je kao zbroj nekoliko komponenti koje teku kroz površinu prekrivenu zatvorenom petljom L. Teoretski izračuni mogu se prikazati na sljedeći način:
- Ukupni električni tok koji prodire u konture Σ I vektorski je zbroj I1 i I2.
- U primjeru koji se razmatra, formula se koristi za njegovo utvrđivanje:
ΣI = I1- I2 (minus prije drugog pojma znači da su smjerovi struja suprotni). - Oni se pak određuju prema poznatom zakonu (pravilu) u elektrotehnici gimbal.
Jačina magnetskog polja duž konture izračunava se na temelju proračuna dobivenih posebnim tehnikama. Da biste ga pronašli, morat ćete integrirati ovaj parametar preko L pomoću Maxwellove jednadžbe, predstavljene u jednom od oblika.Može se primijeniti i u diferencijalnom obliku, ali to će donekle zakomplicirati izračune.
Pojednostavljeni integralni pristup
Koristimo li diferencijalni prikaz, bit će jako teško izraziti ukupni važeći zakon u pojednostavljenom obliku (u ovom slučaju u njega se moraju unijeti dodatne komponente). Ovome dodajemo da magnetsko vrtložno polje koje stvaraju struje koje se kreću unutar konture, određuje se u ovom slučaju uzimajući u obzir struju pomaka, koja ovisi o brzini promjene električne indukcija.
Stoga je u praksi najpopularniji u SOE -u prikaz formula za ukupne struje u obliku zbrajanja mikroskopski malih dijelova kruga s vrtložnim poljima. Ovaj pristup uključuje primjenu Maxwellove jednadžbe u integralnom obliku. Kad se provodi, kontura se dijeli na male segmente, koji se u prvom približavanju smatraju pravocrtnima (prema zakonu se pretpostavlja da je magnetsko polje jednoliko). Ova veličina, označena kao Um za jedan diskretni presjek duljine ΔL magnetskog polja koje djeluje u vakuumu, određena je kako slijedi:
Um = HL * ΔL
Ukupna napetost duž cijele konture L, predstavljena ukratko u integralnom obliku, nalazi se po sljedećoj formuli:
UL = Σ HL * ΔL.
Ukupni važeći zakon za vakuum
U konačnom obliku, sastavljenom prema svim pravilima integracije, ukupni važeći zakon izgleda ovako. Kruženje vektora "B" u zatvorenoj petlji može se predstaviti kao umnožak magnetske konstante m za zbroj struja:
Integral B preko dL = integral Bl preko dL = m Σ U
gdje je n ukupan broj vodiča s višesmjernim strujama pokrivenim zamišljenim krugom L proizvoljnog oblika.
Svaka se struja u ovoj formuli broji onoliko puta koliko je u potpunosti pokrivena ovim krugom.
Na konačni oblik dobivenih izračuna za ukupni važeći zakon uvelike utječe okruženje u kojem djeluje inducirana elektromagnetska sila (polje).
Utjecaj okoliša
Razmatrani omjeri za zakon struja i polja, koji ne djeluju u vakuumu, već u magnetskom mediju, poprimaju nešto drugačiji oblik. U ovom slučaju, osim glavnih komponenti struje, uvodi se pojam mikroskopskih struja koje nastaju u magnetu, na primjer, ili u bilo kojem sličnom materijalu.
Traženi omjer u cijelosti je izveden iz teorema o vektorskoj cirkulaciji magnetske indukcije B. Jednostavno rečeno, izražava se u sljedećem obliku. Ukupna vrijednost vektora B pri integraciji uz odabranu konturu jednaka je zbroju makro struja koje njome pokriva, pomnoženom s koeficijentom magnetske konstante.
Kao rezultat toga, formula za "B" u tvari određena je izrazom:
Integral B preko dL = integral Bl preko dL = m(Ja+Ja1)
gdje je: dL diskretni element kruga usmjeren duž njegove zaobilaznice, Bl je komponenta u smjeru tangente u proizvoljnoj točki, bI i I1 su provodna struja i mikroskopska (molekularna) struja.
Ako polje djeluje u mediju koji se sastoji od proizvoljnih materijala, moraju se uzeti u obzir mikroskopske struje karakteristične za te strukture.
Ovi izračuni vrijede i za polje stvoreno u solenoidu ili u bilo kojem drugom mediju s konačnom magnetskom propusnošću.
Za referencu
U najpotpunijem i inkluzivnom CGS mjernom sustavu, jakost magnetskog polja prikazana je u oersteds (E). U drugom sustavu na snazi (SI) izražava se u amperima po metru (A / metar). Danas se oersted postupno zamjenjuje prikladnijom jedinicom - amperom po metru. Prilikom prevođenja rezultata mjerenja ili izračuna sa SI na CGS koristi se sljedeći omjer:
1 E = 1000 / (4π) A / m ≈ 79,5775 Ampera / metar.
U završnom dijelu pregleda napominjemo da bez obzira na to koja se formulacija zakona ukupnih struja koristi, njegova bit ostaje nepromijenjena. Prema vlastitim riječima, može se predstaviti na sljedeći način: izražava odnos između struja koje prodiru u određeni krug i magnetskih polja stvorenih u tvari.
Na kraju, preporučujemo gledanje korisnog videozapisa na temu članka:
Povezani materijali:
- Što je električno polje
- Ovisnost otpora vodiča o temperaturi
- Najveća otkrića Nikole Tesle
